高温加热后轻骨料混凝土力学性能实验研究

本文通过对陶粒轻骨料混凝土试块进行不同温度水平的加热,待自然冷却后进行相应的加载试验,研究其抗压强度和弹性模量等力学性能参数随加热温度水平的变化规律,并与普通混凝土进行理论对比。为避免试块高温爆裂,按不同温度水平对试块分批进行阶梯升温,当试块内外温度相同后恒温保持半小时,打开炉门使试块在炉内自然冷却到常温状态,然后进行相应加载试验。试验结果表明:随加热温度的升高,陶粒混凝土棱柱体抗压强度的下降幅度大于立方体抗压强度;初始弹性模量与峰值变形模量随温度变化的拟合曲线基本接近。与普通混凝土相比,不论是立方体还是棱柱体试块,陶粒混凝土的残余抗压强度均高于普通混凝土;弹性模量随温度的下降幅度也小于普通混凝土。研究表明:如能有效解决在高温加热过程中的爆裂,陶粒轻骨料混凝土的潜在抗高温性能将明显优于普通混凝土。     

高温后珊瑚海水海砂混凝土力学性能试验研究∗

为研究高温后珊瑚海水海砂混凝土（CSSC）的力学性能,设计制作了 30 个 CSSC 试件,进行常温与高温后轴心受压和静力受压弹性模量试验。通过试验观察了试件高温后的表观变化和轴心受压破坏形态,获取了轴心受压全过程应力—应变曲线、弹性模量及烧失率等参数,深入高温后 CSSC 微观结构变化机制,得到了受火温度对 CSSC 力学性能的影响规律,揭示了高温作用后 CSSC 的力学性能退化机理。结果表明：随着受火温度的增加, CSSC 力学性能不断劣化。T=200 ℃时 CSSC 轴心抗压强度和弹性模量分别比常温时下降了 26.52 %,6.19 %,混凝土具有较好的力学性能;T=400 ℃时 CSSC 弹性模量下降迅速,弹性模量损失率为 65.48 %,但与 T=200 ℃相比混凝土轴心抗压强度上升了 6.4 %;T=600 ℃时 CSSC 轴心抗压强度下降迅速,强度损失率为 66.74 %;T=800 ℃ 时 CSSC 破坏严重,已无法测得有效的弹性模量。     

火灾后混凝土结构损伤检测方法研究与探讨

研究了火场最高温度、持续时间对混凝土材性的影响,采用逐层深入-劈拉法研究了沿深度方向的不同损伤情况。研究表明,混凝土力学性能,包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量等,随温度升高而显著降低;抗压强度、抗拉强度均随持续时间的增长而下降。逐层深入-劈拉法试验表明,在最高受火温度基本相同的情况下,残余强度随受火时间不同而有较大的差别;受火时间短的试件强度曲线呈明显的非线性,而受火时间长的试件强度曲线则趋于线性。对于火灾后混凝土构件的检测,在钻芯法的基础上提出了多次横向劈拉法;基于混凝土受损趋势为双曲线模型的假定,提出了首波传播路径为抛物线的改进超声波检测法。     

再生混凝土及钢骨短柱高温后的加固行为研究

研究了0%,50%和100%的3种再生骨料替代率下,再生混凝土的基本物理和力学性能,分析了钢骨再生混凝土短柱的高温性能及其加固行为,得到了不同再生骨料替代率、不同温度和CFRP加固下钢骨再生混凝土的承载力、位移和应变响应,建立了高温后(500℃)钢骨再生混凝土短柱弹性模量和抗压强度之间的理论关系。结果表明:在CFRP加固下,替代率为50%的试件具有最大的承载力,温度升高,试件承载力急剧降低,而CFRP加固能有效提高试件的承载力、刚度,延性有所降低,其破坏模式比未加固试件有明显改变。     

普通硅酸盐混凝土高温性能劣化分析模型∗

混凝土材料的高温力学性能劣化规律是混凝土结构防火设计及灾后评估的重要依据。基于普通硅酸盐混凝土材料内部各组分在高温作用下的微观物理化学变化,研究了硬化水泥浆中水化物高温分解和骨料材料性能的劣化过程,揭示了混凝土在高温作用下宏观力学性能劣化的机理,建立了用于描述普通硅酸盐混凝土高温力学性能劣化规律的分析模型,在传统模型仅能考虑温度大小影响的基础上进一步考虑温度持续时间对材料力学性能劣化的影响。利用FLAC3D软件中的FISH语言开发了相应的计算程序,并用于分析混凝土试块在不同温度和时间作用下材料抗压强度和弹性模量等随温度的劣化规律,与现有试验结果对比表明模型能够合理反映混凝土在高温作用下材料性能的劣化过程。     

水灰比对高温下混凝土质量损失及抗压强度影响试验研究

为研究水灰比对不同温度作用下混凝土残余抗压强度、质量损失的影响,对不同受火温度和不同水灰比的混凝土标准立方体试件进行高温下及高温后的抗压强度试验和质量损失测试。试验结果表明:随着水灰比的增大,高温下及高温后混凝土抗压强度、混凝土质量损失均呈现出整体下降的趋势。通过试验拟合回归分析,建立了高温下混凝土抗压强度、质量损失与受火温度之间的关系式,可通过质量损失、受火温度来预估高温下混凝土残余抗压强度。     

控轧控冷型Q550高强钢高温后的力学性能试验研究∗

通过升温、降温及冷却后的常温静力拉伸试验,对控轧控冷型(TMCP)Q550高强钢高温后的力学性能展开试验研究,得到了经历200～900℃之间9个不同的过火温度及自然冷却与浸水冷却两种冷却方式后,钢材的表观特征、应力-应变关系与基本力学性能参数,包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度及断后伸长率。结果表明,过火温度及冷却方式对TMCP型Q550钢材弹性模量的影响较小;过火温度超过600℃时,钢材高温后的屈服强度和抗拉强度开始折减;过火温度达到700℃后,钢材的应力-应变曲线皆无屈服平台,不同冷却方式的结果开始呈现差异:随过火温度升高,自然冷却后钢材的强度减小而断后伸长率增大,浸水冷却则相反,且二者差异愈加明显。将试验结果与文献结果对比,发现当过火温度超过700℃时,TMCP型Q550高强钢高温后的力学性能与调质型(QT)Q550高强钢存在差异,在经历较高的过火温度后,TMCP钢在自然冷却下的强度折减比QT钢严重,浸水冷却下的强度增长程度低于QT钢。     

冰试样动态冲击破坏力学特性实验研究∗

为了进一步探究冰材质动态冲击破坏力学特性,通过分离式 Hopkinson压杆（SHPB）试验装置,采用快速加载、 杆端降温与波形整形技术,保证冰材质的稳定性并实现了加载过程中的动态应力平衡,分析了应变率、温度、长径比、 冻藏时间对冰力学特性与破坏模式的影响。结果表明：在 100 s^-1 ~500 s^-1 的应变率范围内,冰的动态单轴抗压强度与应变率呈现明显的正相关性;小长径比冰温度越低,抗压强度越大,且这种特性会受到应变率的影响;大长径比冰抗压强度随温度的下降而下降,这与体积大导致冰试样受冷不均,内部预应力增大有关;稳定无预应力冰,短冻藏时间会使其强度下降;温度、长径比对冰弹性模量影响明显,小长径比冰弹性模量随温度下降而增大,大长径比冰弹性模量随温度下降而减小;应变率是影响冰材质破坏模式的主要因素,随着应变率的上升,冰材质达到破坏时的轴向裂纹明显增加,形成的破碎产物尺寸明显变小。     

螺旋式热源PCC能量桩桩身变形数值模拟研究

采用多场耦合软件,建立了螺旋式热源PCC能量桩数值分析模型,分析了温度、荷载、热源匝数、桩长、混凝土密度及混凝土弹性模量等因素对能量桩桩身应变分布的影响。研究结果表明:在无热源情况下,PCC能量桩桩身应变随着桩顶荷载的增大而增大,沿着桩身自上而下逐渐减小;热源的存在会导致桩身应变由正变负,说明了温度因素的主导性;桩身应变会随热源温度的升高而减小,在同一热源温度下相同位置处桩身应变均随着桩顶荷载的增加而增加;设定在热源温度50.5 ℃和桩端顶面40 kN荷载条件下,热源匝数数量的减少会导致桩身应变的增大;桩身应变随着桩长的不断减小而减小;混凝土密度的减小使得桩身应变不断减小;混凝土弹性模量减小导致桩身应变的增大。     

硫酸盐侵蚀作用下纳米混凝土力学特性及微观结构劣化机制研究∗

硫酸盐侵蚀一直是影响混凝土耐久性的重要因素之一，特别是在西北寒旱及沿海盐渍土区。基于试验研究了硫酸盐侵蚀作用下，掺纳米 SiO₂和纳米 CuO 混凝土的抗压强度、轴向应力‐应变以及微观特性，并分析了硫酸盐侵蚀环境下纳米材料的改性效果。试验结果表明：随着纳米 CuO 掺量的提高，混凝土的抗压强度、剩余强度系数逐渐降低；当纳米 SiO₂掺量增加时，混凝土的抗压强度、剩余强度系数先降低后升高。相比于未掺加纳米材料混凝土，掺入纳米材料能显著提高混凝土的延性。同时，对于提高混凝土的抗压强度纳米材料具有最佳掺入量，纳米 SiO₂和纳米 CuO 的最佳掺量分别为 3% 和 1%（质量分数）。此外，纳米材料具有桥接和填充效应，能抑制混凝土裂缝的发展、细化孔隙结构、提高密实度，进而提高混凝土的力学性能。     

基于灰色理论的冻融混凝土本构方程研究

我国北方处于寒冷地带,低温和冻融循环作用是造成混凝土性能劣化的重要原因。由于混凝土单轴受压应力—应变全曲线反映了混凝土最基本的力学性能,因此研究冻融循环作用下混凝土的应力—应变全曲线十分重要。本文通过已有的冻融混凝土单轴压缩试验所得的应力—应变关系参数,基于灰色理论建立预测方程,以小样本数据为基础,预测其他冻融次数下的混凝土本构方程参数。再根据过镇海建议的混凝土本构曲线进行拟合,得到一系列不同冻融次数下的混凝土应力—应变全曲线。结果表明,本文所拟合出的冻融混凝土应力—应变全曲线跟实验曲线吻合较好,可以用于试验范围内任意冻融次数的混凝土应力—应变全曲线的研究。     

高温后钢管再生混凝土短柱的理论分析与试验研究

首先进行了高温后钢管再生混凝土轴压短柱的试验研究,在分析试验结果的基础上提出了高温后核心再生混凝土的应力一应变关系模型,模型考虑了再生粗骨料取代率和曾经历的最高温度的影响;然后采用数值方法对高温后钢管再生混凝土轴压短柱的荷栽一变形全过程关系曲线进行了计算分析,数值计算结果得到试验结果的验证;最后利用数值方法系统分析了再生粗骨料取代率、曾经历的最高温度和约束效应系数等参数对高温后钢管再生混凝土短柱轴压强度系数的影响,并提出了相应的简化计算公式,轴压承载力的简化计算结果与试验结果基本吻合。     

不同温度下约束钢梁的落锤冲击响应分析

研究不同温度和冲击荷载作用下约束钢梁的动力响应问题。利用通用非线性有限元分析程序ANSYS/LS-DYNA,分别模拟了两端固支、一端固支一端轴向弹簧约束的钢梁在不同温度下受到落锤冲击时的动力响应。在温度荷载和冲击荷载联合作用下,分析了位移响应、撞击力时程曲线及冲量等的温度效应。通过撞击力时程曲线分析得出最大撞击力随温度的变化趋势与欧洲规范EC3给出的不同温度下的钢材的屈服强度折减系数的变化趋势相似,钢梁跨中的横向位移随着温度的升高而增加。还分析了高温和冲击荷载联合作用下落锤的撞击速度、不同的质量—速度组合、横向加劲肋对钢梁的变形的影响。     

高强度Q460钢材高温力学性能试验研究

采用恒温拉伸法和振动法分别对国产高强度Q460钢材在高温下的强度和弹性模量进行了试验研究。根据试验结果对屈服强度、极限强度和弹性模量进行了拟合,得到了Q460钢材的力学性能指标随温度变化的函数表达式。将Q460钢的高温力学性能指标和普通结构钢进行了对比。研究结果表明:高强度Q460钢材的强度和弹性模量随温度的升高而降低;Q460钢材高温下的强度折减系数比普通钢低,同等条件下,Q460钢结构比普通钢结构具有较好的抗火性能。     

混凝土单轴动态强度理论的探讨

在分析相关试验结果的基础上,系统地对混凝土在单轴动态加载下的强度特征进行了研究分析。结果表明,不仅加载速率对动态强度有着重要的影响,加载速率对材料弹性参数的影响也很大。结果显示:①混凝土在加载初始阶段,应力—应变表现为线性关系,可认为混凝土处于弹性阶段;随着压力的增加,混凝土产生非线性变形,并出现峰后应力下降;②混凝土的抗压极限强度随着加载速率的增加而增加;③混凝土的弹性模量随着加载速率的增加而提高,而泊松比保持不变。最终提出了一种改进的弹性损伤动态强度的本构理论。     

振动频率对饱和软粘土相关性能的影响

通过循环三轴试验研究，振动频率对软粘土应力-应变关系、孔压、动强度以及动模量的影响。以转折应变为破坏标准，得到了不同振动频率下软粘土的动强度曲线。随着振动频率的增大，土体动强度增大，但当振动频率大于2Hz后，动强度的增幅减小。随着动应变的增大，动弹模量逐渐减小；频率越低，相同动应变下的动模量越小，频率越高，动模量越大。     

呼玛河冰灾害试验研究

为了了解高寒地区水工建筑物受春季流冰的威胁程度，选取呼玛河冰为研究对象。通过一系列单轴无侧限抗压强度试验，就温度与加载速率对河冰抗压强度、应力-应变关系、弹性模量的影响进行了研究。利用统计分析与曲线拟合，得出了抗压强度与温度间的相关关系。在呼玛大桥现场进行了流冰撞击桥墩的动态测量，取得了相应的实测数据，为研究冰-结构相互作用提供了有用的资料。